DE19729534A1 - Turbine für/im stürmischen Wind und deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbine für/im stürmischen Wind und deren Herstellung.

Die Erdoberfläche besitzt Regionen mit so heftigen dauerhaften Winden wie den "Westwind" des Südteils Latainamerikas, daß dort herkömmliche Flügel tragende Windturbinen nicht eingesetzt werden können. Solche Verhältnisse erinnern an Dauerkräfte im geo­ strophischen Wind im Luftraum in mindest 6 km über der Erde, die technisch derzeit kaum nutzbar sind (Geostrophischer Wind Der Große Brockhaus, 18. Auflage, 4.Bd. S. 444, F.A. Brockhaus Wies­ baden, zudem Luftdruck und Winde im Diercke-Weltatlas, S. 219, Westermann Verlag Braunschweig, 1995).

Mit Patent DE 42 07 718 C2 wurde eine flügellose Windturbine kompakter Bauart mit Windkammern bzw. Windschaufeln über einer Grundplatte mit gegen den Wind gestelltem Konus/Welle und Düsen bekanntgegeben. Hierzu auch die Offenlegungsschrift DE 44 35 149 A1 und die Patentanmeldung "kompakte Windkraftmaschine" beim Deutschen Patentamt vom 14.04.1996. Ab 9 radiär um die Welle angeordneten Windkammern/Windschaufeln stieg der Wirkungsgrad auf mindest 26% an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Energie-Stromgewinnung kompakte, im stürmischen Wind bzw. Strömung langgestreckte, besser justierbare, dauerhafte Turbinen einzusetzen, welche ver­ gleichsweise nur aus wenigen Bauelementen bestehen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen, der Zeichnung sowie der Beschreibung zu entnehmen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß nach Patentanspruch 1 eine in sich verfestigte, flügellose Windturbine vorhanden ist, die sich im vergleichsweise energiedichtem Sturm zur Gewinnung erneuerbarer Energie bewähren dürfte. Wie die Luftfahrt über Jahrzehnte bewies, sind Antriebe mit Düsen solchen mit Propellern bzw. Flügeln überlegen. Das dargelegte Modell 3 der Fig. 4 zeigte vor dem bekannten Gebläse sofort einen Leistungssprung, was sich auch mit vergleichsweise hoher Leistung (mindest 26% Wirkungsgrad) im/vor dem Windkanal bestätigte. Diese Turbine besitzt zwölf radiär zur horizontalen Welle angeordnete Windkammern bzw. gleichgerichtete Windschaufeln und zugehörige 12 gegen den Wind gestellte, tangential am Umfang der Turbine beaufschlagbare spaltförmige Düsen. Die Maße dieses leistungsfähigen Modells: Durchmesser 22 cm, Tiefe des Zylinders bis zur Grundplatte mit Überständen für die Düsen 10 cm, Länge jeder gleichgerichteten synergetischen Düse 9,5 cm, macht eine Gesamtlänge der Düsen in/an der Turbine (Modell 3) von 114 cm bei dem genannten Windturbinendurchmesser von nur 22 cm. Bei dem Entwurf eines größeren Prototypen mit dem Durchmesser von 2,40 m beträgt die Gesamtdüsenlänge bei 11 Windschaufeln bereits 15 Meter. Solche zylindrisch-konischen Maschinen sind zudem - was von den herkömmlichen Windmühlen und Nachfolgevor­ richtungen nicht gesagt werden kann - Windkraftsammler! Schon im Erdbereich ist bei Sturm, Dauersturmverhältnisse beispielsweise auf Feuerland, reichlich Strömungsenergie zur Gewinnung erneuer­ barer Energie, elektrischen Stroms vorhanden, so daß die mühevolle und kostenträchtige Aufstellung von Windturbinenmasten nicht erforderlich ist. Die Turbinen können auf Drehscheiben oder Gleis­ kreise gesetzt und verankert werden in Nutzung von Anhöhen oder Bergkuppen. Zu erproben wären auch katamaranartige Schwimm­ körper für diesen Zweck mit je automatischer Justierung im Wind/­ Sturm. Die neue vorgestellte Windkraftmaschine mit Düsen hat Tiefe parallel zur horizontalen Welle innerhalb des zylindroformen­ konischen Körpers, was der Justierung wie der Stabilisation im Sturm dienlich ist. Diese Eigenschaften sollten noch dadurch gefördert werden, daß der Unterstützungspunkt für die Turbinen­ aufhängung bzw. die Befestigung nach vorn vorgezogen wird mit Schwerpunktverlagerung.

Der Aufbau solcher flügelloser Turbinen hat vor allem aus dauerhaftem Holz zu erfolgen, wie er im Boots-Schiffbau üblich ist. Modell 3 wurde aus solchem Holz gemeißelt, die die zy­ lindrische Form ergebenden Begrenzungsplatten bestehen aus Aluminium. Rostfreier Stahl wäre für die nicht wenig beanspruchte hori­ zontale Welle zu verwenden. Die Benutzung solcher Maschinen, die nur aus wenigen Bauelementen bestehen, fördert die dezentrali­ sierte Stromversorgung und dürfte auch für die bevölkerungs­ reichen Monsumgebiete interessant sein.

Die Strömungsenergie hinführenden "Leitschaufeln" zur besseren Nutzung von Düsenstrahlen sind bisher nur in den Dampf- und Gasturbinen verwendet worden. Der neue kompakte Windturbinen­ typ mit nach innen gesetzten Windschaufeln ohne Flügel, am Umfang der Turbine angebrachten Düsen ermöglicht desgleichen die Nutzung solcher Leitschaufeln.

Es zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt durch die Welle 1 einer flügellosen Turbine, die für stürmische Regionen geeignet ist, die Grund­ platte 2 mit dem Überstand 15, die Windkammer 14 mit Luftdruck­ aufstau besonders zum Umfang/zur Begrenzungsplatte 5, den Konus 3, die Trennplatte 4 des zylindroformen Innenraumes, welche mit gleichgerichtetem Gefälle auch als Turbinen-Windschaufel ange­ sehen werden kann, eine von 9-12 Düsen 6, die parallel in den Sturm/Windgestell ist und basal von dem Überstand 15 abge­ stützt ist.

Fig. 2 die Rückansicht der Grundplatte 2, welche senkrecht an der horizontalen Welle 1 befestigt ist, die zur Welle 1 exzentrischen gleichsinnig bogigen Überstände 15, so daß sich ein kreissäge­ blattähnliches Bild ergibt, die dadurch radiär herausgerückten Düsen 6, die entsprechend von den Windkammern 14 tangential be­ aufschlagt werden mit synergetischen Düsenstrahlen 6a.

Fig. 3 und 4 die vordere, gegen den Wind gestellte Funktions­ fläche der flügellosen, Düsen 6 besitzenden Windturbine 11, welche bautechnisch nun stärker differenziert und als Windkraftsammler zu bezeichnen ist mit einem ziemlich hohen zylindrischen Umfang 5 und einem Konus 3, der mit der horizontalen Welle 1 fest verbunden ist, die zur Welle 1 radiären Trennplatten bzw. Turbinen-Wind­ schaufeln 4 je mit gleichsinnigen Gefälle zur zugehörigen Düse 6, die oben schon beschriebenen Überstände 15 der basalen Grundplatte 2, die technisch Voraussetzung für synergetische Düsenstrahlen 6a außen am Umfang der flügellosen Windturbine 11 sind, mit der, siehe Modell 3 der Abb. 4, mindest 26% Wirkungsgrad gemessen wurden.

Fig. 5 schematisch die Sammlung von elementaren Wind-Sturmkräften (Pfeile) in der kompakten zylindrokonischen Windturbine 11 ohne Flügel:

I. Umwandlung der Druckenergie des Windes in gleichgerichtete tangentiale Düsenstrahlen 6, 6a aus zur Welle 1 radiär angeord­ neten mindest 9 Windkammern 14 je und herausgerückt am Umfang der Turbine 11.

II. Nutzung herkömmlicher "Stellwinkelkräfte"nach dem Kräfteparal­ lelogramm jedoch im Inneren der kompakten Turbine 11 bei besonderer Gestaltung der radiär zur Welle 1 befestigten Windschaufeln 4:
Deren vorlaufende plane Fläche befindet sich senkrecht zur dahinter vorhandenen Grundplatte 2, ihre gegenüberliegende Fläche besitzt jedoch einen deutlichen für Schubwirkungen des Windes geeigneten Stellwinkel mit Übergang dieses Gefälles auch in das des Konus 3 zur Verstärkung der Turbinenleistung.

Claims (11)

1. Turbine für/im stürmischen Wind und deren Herstellung, dadurch gekennzeichnet,
daß solche Turbine (11) für die Erzeugung erneuerbarer Energie flügellos und an einer horizontalen Welle (1) befestigt sind, daß sie mit Generator im Sturm/Wind einen langgestreckten besser justierbaren Körper (11) besitzen,
daß sich hinten auf der Welle (1) senkrecht zu ihr die Grundplatte (2) befindet mit kreissägeförmiger Begrenzung durch bogige, zur Welle (1) exzentrische Überstände, die radiär am Umfang der Turbine (11) herausgerückt die Basis der spaltförmig gegen den Wind gestellten Düsen (6) mit synergetischen Düsenstrahlen (6a) bilden,
daß im zylindroformen Innenraum der Turbine (11), die die Eigen­ schaft eines Windsammlers besitzt, sich, ebenfalls mit der Welle (1) fest verbunden, ein mit der Spitze gegen den Wind gestellter Konus (3) befindet,
daß im zylindroformen Innenraum der Turbine (11) zumindest 9 zur Welle (1) radiär angeordnete/befestigte Trennwände bzw. Windschaufeln (4) vorhanden sind, zwischen denen ebenfalls radiäre Windkammern (14) als muldenförmige Vertiefungen mit Gefälle je zur zugehörigen Düse (6) ausgebildet sind,
daß je zwei benachbarte Begrenzungsplatten (5) am Umfang der Turbine (11) zwischen sich radiär herausgerückte, somit aus den Windkammern (14) tangential synergetisch beaufschlagbare spaltförmige, gegen den Windgestellte Düsen (6) bilden mit ins­ gesamt beachtlicher Düsenlänge für die Turbinenleistung zur Gewinnung erneuerbarer Energie.

2. Turbine im stürmischen Wind nach Patentanspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie vor allem aus dauerhaftem festem Holz, auch im Block, Blöcken aus verleimten Schiffsplanken (Platten) und anderem hergestellt ist.

3. Turbine im stürmischen Wind nach Patentanspruch 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die mechanisch stark belastete Begren­ zungsplatte (5) aus Aluminium, nichtrostendem Stahlblech u. a. besteht.

4. Turbine im stürmischen Wind nach Patentanspruch 1-3, da­ durch gekennzeichnet, daß ihre horizontale Welle (1) aus vorzüg­ lichem möglichst nichtrostendem Stahl besteht mit Aufrauhung der Oberfläche zur festen Anbindung des Konus (3) bzw. der für die Überstände (15) wichtigen Grundplatte (2).

5. Turbine im stürmischen Wind nach Patentanspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Turbine wie der Konus (3) vorgefertigt werden und nach dem Baukastenprinzip mit der Welle (1) sowie der Grundplatte (2) fest verbunden werden, auch entspre­ chend Ersatzteile geliefert werden können.

6. Turbine im stürmischen Wind nach Patentanspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) nach vorn vorgezogen ist für ein zweites stabilisierendes Wellenlager.

7. Turbine im stürmischen Wind nach Patentanspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß solche mechanisch stark geschüttelte Turbinen auf Berghöhen und Gleiskreisen zur Justierung im Sturm gelagert, drehbar verankert sind.

8. Turbine im stürmischen Wind nach Patentanspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß Schwimmkörper/Pontons solchen Turbinen (11) der Justierung im Wind/Sturm und Lagerung dienen.

9. Turbine im stürmischen Wind nach Patentanspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß für die automatische Justierung der Turbine (11) im Wind/Sturm ihr Gelenk für die Aufhängung nach vorn, vor die Grundplatte (2) vorgezogen ist, wodurch zugleich der Unterstützungspunkt der Turbine (11) nach vorn verlagert ist.

10. Turbine im stürmischen Wind nach Patentanspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (11) eine ausreichende Wind­ fahne besitzt.

11. Turbine im stürmischen Wind nach Patentanspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Leistungssteigerung außen und zentrisch zur Turbine (berührungslos) parallel zur Welle (1) angeordnete "Leitschaufeln" vorhanden sind, die vorzugsweise im unteren Bereich des Befestigungsgestells der Turbine (11) zu befestigen sind.